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西門子正在研發(fā)一種系統(tǒng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能夠利用無(wú)人機(jī)和三維圖像分析技術(shù)監(jiān)測(cè)各類管線、大型工業(yè)設(shè)施以及高壓配電系統(tǒng)中的電纜塔。

在我們看得見(jiàn)以及看不見(jiàn)的地方，管線如同動(dòng)脈網(wǎng)絡(luò)一般遍布。它為我們輸送各類物資，從石油、天然氣，到氨水、水，甚至啤酒。數(shù)十年來(lái)，管線一直是安全、高效的運(yùn)輸手段之一，用以取代成本高昂的公路或鐵路運(yùn)輸方式。但問(wèn)題同樣存在，管線運(yùn)營(yíng)商需要監(jiān)控這些廣泛鋪設(shè)在地表或深埋地下的管線。事實(shí)上，許多關(guān)鍵管線上方的覆土厚度與管線處的環(huán)境安全密切相關(guān)。比如，在歐洲，法律規(guī)定地埋式天然氣和石油管線的覆土厚度必須達(dá)到1米。而在管線總長(zhǎng)約占管線總長(zhǎng)度（217萬(wàn)英里，即350萬(wàn)公里）65%的美國(guó)，管線埋設(shè)深度通常為地下3到6英尺。

一般情況下，直升飛機(jī)每隔2到4周會(huì)對(duì)管線進(jìn)行一次空中監(jiān)測(cè)。但是，這樣的外部監(jiān)測(cè)不僅成本不菲，而且通常缺乏相應(yīng)設(shè)備，無(wú)法判定管線覆土厚度是否滿足要求。

得益于精密的傳感器，無(wú)人機(jī)有比人類更為敏銳的視覺(jué)。不僅如此，無(wú)人機(jī)操作便捷、外形小巧、成本低廉，可以取代昂貴的直升飛機(jī)，為提高基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和效率創(chuàng)造了可能。

精確測(cè)量

然而，在不久的將來(lái)，西門子研發(fā)的技術(shù)將讓一切發(fā)生改變。來(lái)自西門子中央研究院的Claudia Windisch解釋說(shuō)：“我們正在研發(fā)一種效率更高的全新監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它可以借助無(wú)人機(jī)，從空中對(duì)管線覆土厚度進(jìn)行自動(dòng)系統(tǒng)化測(cè)量。為了做到這一點(diǎn)，我們會(huì)將移動(dòng)設(shè)備、機(jī)載傳感器與智能圖像分析技術(shù)相結(jié)合。”

無(wú)人機(jī)配備彩色攝像頭和近紅外線攝像頭，沿著地下埋設(shè)的長(zhǎng)距離管線，按預(yù)先設(shè)定的路線飛行，拍攝地表的照片。未來(lái)，這些圖片將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳送至西門子的管線分析平臺(tái)，由平臺(tái)根據(jù)數(shù)據(jù)生成或更新管線表面三維模型，并附上地理坐標(biāo)。Windisch表示：“該系統(tǒng)測(cè)量覆土厚度的精確度可達(dá)10厘米左右。因此，這一系統(tǒng)能提供高質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果，便于進(jìn)行可重復(fù)的客觀分析。”完成分析后，數(shù)據(jù)將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口或在SCADA系統(tǒng)中發(fā)送給管線運(yùn)營(yíng)商。

空中傳感器

每年，管線運(yùn)營(yíng)商都會(huì)因泄漏、損壞和非法蒙受數(shù)百萬(wàn)美元的損失。而如果發(fā)生泄漏的地區(qū)人跡罕至，維護(hù)團(tuán)隊(duì)往往需要耗時(shí)數(shù)日才能確定故障地點(diǎn)。西門子石油與天然氣業(yè)務(wù)管線解決方案負(fù)責(zé)人Mike Liepe表示：“我們正在研發(fā)一種自動(dòng)三維圖像分析系統(tǒng)，將幫助客戶更經(jīng)濟(jì)高效地監(jiān)測(cè)管線。如果系統(tǒng)能在早期檢測(cè)出偏差，運(yùn)營(yíng)商就能盡快采取應(yīng)對(duì)措施，防止可能發(fā)生的損壞或故障。”

在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，相關(guān)人員將沿著管線閥站，以30到50公里的間隔布置無(wú)人機(jī)。如果管線過(guò)程控制系統(tǒng)中有傳感器報(bào)告異常，距離近的無(wú)人機(jī)將自行飛往異常管道段進(jìn)行檢測(cè)。無(wú)人機(jī)會(huì)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)，由后者對(duì)異常狀況進(jìn)行分析并提出對(duì)策。西門子中央研究院的軟件專家Daniel Schall說(shuō)：“為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們?cè)诂F(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)中結(jié)合了圖像和過(guò)程數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析功能。異常和缺陷將顯示在真實(shí)的三維環(huán)境中。這些信息與SCADA系統(tǒng)提供的可視化數(shù)據(jù)有助于輕松查明故障，并快速采取措施。”

研究人員預(yù)計(jì)將于一年后完成研發(fā)，并計(jì)劃在德國(guó)和奧地利開展多次飛行試驗(yàn)，以測(cè)試不同的傳感器系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)和輕型飛機(jī)。

目前，無(wú)人機(jī)仍由人工遠(yuǎn)程控制。但在不久的將來(lái)，他們將實(shí)現(xiàn)自主操控，并將為工作人員提供不斷拓展的數(shù)據(jù)庫(kù)以支持更優(yōu)化的基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)。

建筑物監(jiān)測(cè)

除用于監(jiān)測(cè)管線之外，西門子的技術(shù)同樣適用于其它領(lǐng)域，如建筑物監(jiān)測(cè)等。大型辦公樓和工業(yè)建筑通常會(huì)消耗大量熱能。這些熱能需要留在建筑物內(nèi)部，而不應(yīng)從幕墻或屋頂?shù)母魺嵝阅懿涣嫉慕Y(jié)構(gòu)處逸出。無(wú)人機(jī)可以輕便且安全地檢測(cè)到這些容易流失熱能的區(qū)域。

無(wú)人機(jī)搭載的紅外攝像頭能對(duì)建筑物散發(fā)的熱量進(jìn)行成像，然后將這些圖片與可見(jiàn)光譜圖片相結(jié)合。所得到的數(shù)據(jù)可用于計(jì)算出三維模型，以標(biāo)明熱量流失的地點(diǎn)。

密切監(jiān)測(cè)架空導(dǎo)線

架空導(dǎo)線是另一個(gè)可能的無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。架空導(dǎo)線系統(tǒng)不僅能為列車和纜車提供電力，而且也能為環(huán)保型電動(dòng)卡車供電。在這種應(yīng)用場(chǎng)景中，無(wú)人機(jī)同其他監(jiān)測(cè)設(shè)備一樣，沿規(guī)定路線飛行并為基礎(chǔ)設(shè)施拍攝照片。隨后，專門的軟件將評(píng)估圖像，檢測(cè)松垂電纜、故障電纜塔以及其他潛在風(fēng)險(xiǎn)。這種軟件甚至可以確定架空導(dǎo)線是否及何時(shí)會(huì)損壞。有了這些信息，運(yùn)營(yíng)商就可以盡早采取措施防止故障發(fā)生。

北極，冰山聳立，白雪皚皚，氣候嚴(yán)寒，人跡罕至。在一片仿佛與世隔絕的冰天雪地中，北極熊媽媽帶著小熊在厚厚的冰層上慵懶閑適地曬太陽(yáng)。

北極熊媽媽帶著小熊慵懶地曬太陽(yáng)。

忽然，遠(yuǎn)方一陣陣咔嚓咔嚓冰層破裂的聲音引起了它們的好奇，原來(lái)是一艘紅色的大船正在碾碎厚厚的冰層穩(wěn)步前行。

總長(zhǎng)206米、大載重量為28500噸的奧達(dá)克斯號(hào)（Audax）從比利時(shí)啟航，經(jīng)過(guò)8天8夜的航行，到達(dá)位于俄羅斯亞馬爾半島上的薩別塔港。它正為大的亞馬爾液化天然氣項(xiàng)目運(yùn)送大型建造模塊。

2017年此項(xiàng)目投入運(yùn)行后，北極冰雪覆蓋下的能源寶庫(kù)將被打開，冰封了億萬(wàn)年的油氣資源將被喚醒，為人類*地輸送寶貴能源。

目前，奧達(dá)克斯號(hào)是僅有的兩艘具備在北級(jí)冰凍季節(jié)連續(xù)運(yùn)輸能力的船舶之一。西門子*的電力推進(jìn)系統(tǒng)為它提供強(qiáng)大的動(dòng)力保障，并優(yōu)化能源效率，對(duì)亞馬爾液化天然氣項(xiàng)目的進(jìn)展起到關(guān)鍵作用。

動(dòng)力強(qiáng)勁

作為*艘破冰能力達(dá)1.5米的極地重載甲板運(yùn)輸船，奧達(dá)克斯號(hào)能同時(shí)承運(yùn)2個(gè)1萬(wàn)噸的大型海工模塊，在厚厚的冰面上保持2節(jié)航速前行，相當(dāng)于每小時(shí)3.8公里左右。

可以說(shuō)，亞馬爾液化天然氣項(xiàng)目能否如期投運(yùn)，就全靠它和它的姐妹船普拉克斯號(hào)（Pugnax）來(lái)為天然氣工廠的建設(shè)運(yùn)送模塊了。

奧達(dá)克斯號(hào)采用西門子的電力推進(jìn)系統(tǒng)，從發(fā)電、配電到驅(qū)動(dòng)，保證船只能以強(qiáng)勁、節(jié)能的動(dòng)力經(jīng)受極地破冰的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

輪機(jī)長(zhǎng)Erik-John Gerssen表示：“對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)大的挑戰(zhàn)是運(yùn)行狀態(tài)中的螺旋槳撞上冰塊時(shí)傳遞給推進(jìn)電機(jī)的巨大瞬時(shí)扭矩。西門子特別設(shè)計(jì)的推進(jìn)電機(jī)*經(jīng)得起扭矩變化的考驗(yàn)。”

奧達(dá)克斯號(hào)輪機(jī)長(zhǎng)Erik-John Gerssen的工作是確保船上一切設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。西門子的電力推進(jìn)系統(tǒng)確保船只經(jīng)受住極地破冰的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

換名話說(shuō)，在極地冰區(qū)，在螺旋槳葉片有可能面臨數(shù)百噸的沖擊力時(shí)，西門子推進(jìn)電機(jī)仍能持續(xù)輸出充沛動(dòng)力確保船舶克服阻礙，保證船只在浮冰中順利航行。

在西門子電力推進(jìn)系統(tǒng)中，兩臺(tái)8兆瓦和兩臺(tái)7.6兆瓦的發(fā)電機(jī)為船只*地提供穩(wěn)定的電力。變壓器將產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)化為可供驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和其他設(shè)備使用的電壓。中低壓配電柜則負(fù)責(zé)安全高效地將電力分配并傳輸?shù)酱闲枰牟糠帧６鴥膳_(tái)主推進(jìn)變頻器則與兩臺(tái)12兆瓦的主推進(jìn)電機(jī)*協(xié)同，適應(yīng)破冰狀態(tài)和正常航行時(shí)不同的功率需求。

在西門子電力推進(jìn)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)為船只*地提供穩(wěn)定的電力。

“同時(shí)，瞬時(shí)扭矩變化對(duì)于電力系統(tǒng)帶來(lái)的負(fù)荷也必須考慮在內(nèi)。推進(jìn)電機(jī)配備的軟件和電力管理系統(tǒng)具備特殊功能設(shè)計(jì)，保證破冰船穩(wěn)定的電力供應(yīng)。” Erik-John Gerssen談道。

奧達(dá)克斯號(hào)配備了西門子電源管理系統(tǒng)（PMS），一方面可以合理分配電力達(dá)到使用效率，使船只處于較經(jīng)濟(jì)節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)；另一方面，在情況下，可以保障電力分配到需要能源的關(guān)鍵設(shè)備，確保船只的可操作性。

奧達(dá)克斯號(hào)配備了西門子電源管理系統(tǒng)（PMS），確保電力的合理分配。在情況下，保障設(shè)備電力供應(yīng)，提高船只的安全性和可操作性。

航行途中，船上機(jī)械設(shè)備、油料等各項(xiàng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)刻保持透明可控。西門子基于Siship的全集成自動(dòng)化解決方案實(shí)時(shí)收集和監(jiān)控各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，讓船長(zhǎng)在駕駛室就能了如指掌。整合的西門子Siship電力推進(jìn)系統(tǒng)有助于提高奧達(dá)克斯號(hào)的整體效率和可靠性，減少油耗，從而降低運(yùn)營(yíng)成本。

西門子基于Siship的全集成自動(dòng)化解決方案實(shí)時(shí)收集和監(jiān)控各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，讓船長(zhǎng)在駕駛室就能了如指掌。

遠(yuǎn)程維護(hù)

奧達(dá)克斯號(hào)遠(yuǎn)行北冰洋，如果設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常征兆，遠(yuǎn)在上海的西門子工程師也能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，讓問(wèn)題在發(fā)現(xiàn)之初就得到妥善解決，提高船上設(shè)備的可用性和船只的安全性。

遠(yuǎn)程診斷服務(wù)主要能實(shí)現(xiàn)兩大功能：硬件診斷和遠(yuǎn)程軟件操作界面的修改。一旦船員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，西門子工程師只需要登錄對(duì)方電腦，就可以讀取診斷信息。這種方式有點(diǎn)類似于QQ提供的遠(yuǎn)程協(xié)助。這樣一來(lái)，工程師無(wú)需再趕赴現(xiàn)場(chǎng)即可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，為客戶節(jié)省時(shí)間、降低成本。

西門子（中國(guó)）有限公司過(guò)程工業(yè)與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)石油天然氣及船舶部遠(yuǎn)程診斷服務(wù)主管施慶華說(shuō)：“有了遠(yuǎn)程診斷服務(wù)后，問(wèn)題得到及時(shí)解決，客戶滿意，我們也高興。”

奧達(dá)克斯號(hào)遠(yuǎn)行北冰洋，如果設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常征兆，遠(yuǎn)在上海的西門子工程師也能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，讓問(wèn)題在發(fā)現(xiàn)之初就得到妥善解決。

近些年來(lái)，在極地破冰船建造領(lǐng)域新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并且得到了廣泛的應(yīng)用。西門子一直在密切關(guān)注新技術(shù)的發(fā)展，并積極為船舶提供*的電力系統(tǒng)。

“在本項(xiàng)目中，西門子提供的電力推進(jìn)系統(tǒng)成為了極地破冰船型應(yīng)用的新*。從極地重載甲板運(yùn)輸船開始，西門子的*技術(shù)為船只的高可靠性、高效率和應(yīng)用性保駕護(hù)航，并將為極地探索和資源開發(fā)做出新的貢獻(xiàn)。” 西門子（中國(guó)）有限公司過(guò)程工業(yè)與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)船舶解決方案部項(xiàng)目總監(jiān)胡向東說(shuō)。

肩負(fù)重任的奧達(dá)克斯號(hào)即將踏上新的航程。未來(lái)，西門子也將繼續(xù)探索創(chuàng)新船舶科技，為人類的海洋之旅增添新的動(dòng)力！